《学士学位论文--嵌入式dvr系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学士学位论文--嵌入式dvr系统设计.doc（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计论文摘 要本文提出了一种基于ARM处理器的嵌入式图像视频监控系统的设计方案。本系统采用华为海思Hi3515（ARM926EJ）为处理器，以嵌入式linux做为操作系统，通过基于Video4Linux 的USB 摄像头进行图像采集，最后显示在LCD显示屏。本文首先介绍了视频监控系统的时代背景、实践意义和研究现状，并对嵌入式系统开发的基础理论知识做了简单的介绍，在此基础上分析了视频监控系统的总体结构设计；然后分析linux操作系统的开发技术，包括开发环境的建立、bootloader的移植、linux内核移植和根文件系统的制作，完成了利用USB摄像头采集图像的功能；然后介绍图像在LCD上的显
2、示，并给出了最终的实验结果。关键字：海思Hi3515；视频监控；Video4Linux ；图像采集AbstractThis paper puts forward a designation of embedded images video monitoring system that based on the ARM processor .This system use the huawei haisi (ARM926EJ) as the processor， with embedded Linux as operating system, Through the USB camera tha
3、t based on Video4Linux collect images, finally display on LCD screen. This thesis firstly introduces the research background, practical significance，research status and the basic theoretical knowledges of embedded system development on this basis gives the the overall structure desgin of this system
4、；Then it analyses carefully the technology of embedded Linux system involve the development environment，bootloader,Linux kernel and the root file system，and completes the image acquisition by USB camera；After that,it describes how to display the images on LCD and gives the final experimental results
5、Keywords: haisiHi3515；video monitor；Video4Linux；image collection目 录目 录III1 绪 论11.1 前 言11.2课题研究背景与意义11.2.1课题研究背景11.2.2课题研究意义21.2.3国内外研究现状22 嵌入式系统的选择42.1.1嵌入式系统的分类42.1.2嵌入式系统的选择63.1 Bootloader移植83.1.1 Bootloader介绍83.1.2 U-Boot移植93.2 内核移植113.2.1 移植环境113.2.2 内核移植过程113.3 文件系统移植12移植步骤：124.1 Video4Linux简介1
6、34.2 Video4linux 编程指南144.2.1.视频编程的流程144.2.2 定义的数据结构及使用函数144.2.3.Video4linux支持的数据结构及其用途154.2.4 Ioctl函数介绍194.3 截取图象的方法204.3.1用mmap（内存映射）方式截取视频204.3.2 直接读设备225 图像在LCD屏上的显示235.1 Framebuffer的介绍235.2 图像由24位图向16位图转换235.3 实物图246 结束语25参考文献26致 谢27 11 绪 论1.1 前 言嵌入式系统（embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用
7、计算机系统”，根据英国电机工程师协会的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于运作的设备1。随着网络技术和集成电路技术的高速发展，嵌入式系统已经成为IT的一个焦点。嵌入式图像采集系统大量的应用于自动控制、工业生产、军事技术和家用消费电子等各个领域。传统的图像采集方法是采用CCD摄像机获得视频信息，这种方法易于实现，但成本较高。随着ARM系列处理器应用的越来越广泛和基于linux的嵌入式技术的迅速发展，利用linux自身带有的TCP/IP协议来实现远程监控和图像传输已经成为可能。开发具有自主知识产权的嵌入式处理器，嵌入式操作系统和嵌入式高端产品，对我国的民族工业来讲，将有十分重要的战略
8、意义。1.2 课题研究背景与意义1.2.1课题研究背景随着计算机技术的不断发展，人类步入网络时代以来，以“信息采集、处理、监控”为核心的视频监控系统越来越广泛地应用于电视会议、可视电话、远程监控、智能交通、智能小区等远程图像传输系统中。传统的视频监控系统一般基于PC机和视频采集卡的形式，传统系统采集的图像品质不高、抗干扰能力差、系统体积大、成本高、携带不便，在远距离通讯、多系统控制中很难实现。而采用基于DSP结合FPGA方式又需投入大量的人力和资金，成本高2。在这种背景下，设计一种轻便小巧的系统来采集传输图像成为市场所需。嵌入式linux操作系统具有可移植性好、网络功能强、有优秀的GUN编译工
9、具支持等优点，linux的开放源代码和免费的优点也使成本大大降低，嵌入式系统把微处理器与其专用软件平台相结合，大大提高了操作系统的效率，采用USB接口的摄像头在一定程度上突出了采样速率高、图像质量高、通用性好的特点。基于上述原因，本文设计了一种新的视频采集处理系统基于ARM和linux的嵌入式视频监控系统。1.2.2课题研究意义本课题研究的是基于嵌入式linux的视频图像采集，利用市场上很常见的中星微系列的USB摄像头来得到现场的图像数据，利用linux内核中的video4linux编程接口函数采集，在PC机上和LCD屏上实现了图像的实时显示。此类视频采集系统对于各个领域都有重要的意义。例如，
10、在日常生活中，视频监控，智能交通和智能小区的发展，生物医学中的X射线成像、染色体分类技术等，卫星遥感图像识别，办公自动化中的门禁系统、手写识别、票据以及人民币的识别，以及工业视觉，虚拟现实等等领域，图像采集都有着极其重要的应用3。在军用方面。图像采集收集的情报通过无线传输到监控指挥中心，为战场行动提供了重要的情报依据，在强大空中侦察下，我军能够及时掌握敌方的大规模行动，其部署和移动很容易暴露，灵活、机动、可靠的情报搜集，战时能起到很好的侦察保障功能，为决策人缘提供有力的决策依据。在不就的将来，也许我们能体验到，当我们在各种需要身份验证和识别时，需要的不再是钥匙、密码，而仅仅是一个摄像头而已。试
11、想，这项技术的发展将会给我们的生活带来多么深远的影响。因此，研究图像采集及其处理有着重大的意义。1.2.3国内外研究现状视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分. 目前在国内外市场上，主要有模拟视频监控和数字视频监控类产品. 传统的模拟监控系统技术已非常成熟，性能稳定、应用广泛，但已不能满足人们日益增长的需要. 模拟视频信号的传输工具主要是同轴电缆，通常只适合于小范围的区域监控；系统的扩展能力差，新的设备也很难添加到原有的系统之中；由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，无法形成有效的报警联动，联动只能在有限的范围内进行4。近年来，随着计算机、网络、图像处理以及传输技术的飞速发展，视频
12、监控制技术也有长足的进步，前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向。本文基于这种发展趋势，提出了1 种性能高效、价格低廉解决方案. 本方案采用PC机、高性能嵌入式设备以及先进的图像处理技术，通过Internet传输图像. 本系统的优点在于：数字监控系统可以在Internet上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；使数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷；基于嵌入式技术，系统硬件和操作系统捆绑较为紧密，功能专一，因此性能上更稳定，且便于安装、维护，易于实现系统的模块化设计
13、，便于管理3。2 嵌入式系统的选择2.1.1嵌入式系统的分类目前嵌入式操作系统种类繁多，有深嵌入系统，也有浅嵌入式系统；有多任务，也有单任务系统；有实时系统，也有分时系统。其实，嵌入式操作系统是与应用环境密切相关的，从应用范围角度来看，大致可以分为通用型的嵌入式操作系统如WindowsCE、VxWorks、嵌入式Linux等和专用型的嵌入式操作系统如Palm0S、sysbian，SmartPhone等。从实时性的角度看，又可以分为两类。一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统，如Microsoft公司得windows CE、WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系统软
14、件公司的QNX、ATI的Nucleus等；另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类产品包括个人数字助理(PDA)、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等，如现在非常流行的Mierosoft公司的SmartPhone操作系统等等。20世纪80年代，商业化的嵌入式操作系统开始得到蓬勃发展6。目前国内外已有几十种商业操作系统可供选择。目前比较流行的嵌入式操作系统比较多，对其中几类进行介绍如下7:(1)Palm0SPalm0S是一种32位的嵌入式操作系统。PalmOS提供了串行通信接口和红外线传输接口，利用它可以方便地与其它外部设备通信；拥有开放的0S应用程序接口，开发商可根据需要自行开发
15、所需的应用程序。在个人数字助理(PDA)市场上，PalmOS是全球知名、使用人数最多的PDA操作系统。PalmOS是一套具有极强开放性的系统，现在有大约数千种专门为PalmOS编写的应用程序。PalmOS操作系统的一个最大的特点就是省电以及系统资源开销较少，而且第三方应用程序非常丰富。由于PalmOS采用开放式架构，有很多PalmOS的使用者都投入到软件开发工作中，这也是PalmOS操作系统成功的一个重要原因。(2)VxWorksVxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统。它的良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，使其在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精度技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。VxWorks具有可靠性，良好的实时性，高度灵活的可裁减性等突出特点。(3)uC/OS uC/OS 是美国人Jean Labrosse在1992年开发的一个嵌入式操作系统，并于19
